Cân bằng trong vật lý là một trạng thái của hệ, trong đó nó ở trạng thái nghỉ tương đối so với các vật thể xung quanh. Tin học là nghiên cứu về các điều kiện cân bằng. Một trong những cơ chế, kiến thức về các điều kiện cân bằng cho hoạt động của nó có tầm quan trọng cơ bản, là đòn bẩy. Hãy xem xét các loại đòn bẩy trong bài viết.
Nó là gì trong vật lý?
Trước khi nói về các loại đòn bẩy (trong vật lý, lớp 7 chuyển chủ đề này), chúng ta hãy định nghĩa thiết bị này. Cần gạt là một cơ chế đơn giản cho phép bạn chuyển đổi lực thành khoảng cách và ngược lại. Cần có một thiết bị đơn giản, nó bao gồm một chùm (bảng, thanh), có chiều dài nhất định và một giá đỡ. Vị trí của giá đỡ không cố định, vì vậy nó có thể nằm ở cả giữa dầm và ở cuối của nó. Chúng tôi lưu ý ngay rằng vị trí của giá đỡ thường xác định loại đòn bẩy.
Cái sau đã được con người sử dụng từ thời xa xưa. Vì vậy, người ta biết rằng ở Lưỡng Hà cổ đại hoặc ở Ai Cập, với sự giúp đỡ của nó, họ đã nâng nước từ các con sông hoặc di chuyển những tảng đá khổng lồ trongxây dựng các cấu trúc khác nhau. Tích cực sử dụng đòn bẩy ở Hy Lạp cổ đại. Bằng chứng bằng văn bản duy nhất còn tồn tại về việc sử dụng cơ chế đơn giản này là "Cuộc sống song song" của Plutarch, nơi nhà triết học đưa ra một ví dụ về việc sử dụng hệ thống khối và đòn bẩy của Archimedes.
Khái niệm về mô-men xoắn
Bạn có thể hiểu được nguyên lý hoạt động của các loại đòn bẩy khác nhau trong vật lý nếu bạn nghiên cứu vấn đề cân bằng của cơ chế đang được xem xét, có liên quan chặt chẽ đến khái niệm mômen lực.
Mômen của lực là giá trị nhận được bằng cách nhân lực với khoảng cách từ điểm đặt nó đến trục quay. Khoảng cách này được gọi là "vai của lực". Hãy ký hiệu F và d - lực tương ứng và vai của nó, sau đó ta được:
M=Fd
Mômen lực cung cấp khả năng quay quanh trục này của toàn bộ hệ thống. Các ví dụ sinh động trong đó bạn có thể quan sát thời điểm lực tác động là vặn đai ốc bằng cờ lê hoặc mở cửa bằng tay cầm cách xa bản lề cửa.
Mômen là một đại lượng vectơ. Khi giải quyết vấn đề, người ta thường phải tính đến dấu hiệu của nó. Cần nhớ rằng bất kỳ lực nào làm cho hệ vật quay ngược chiều kim đồng hồ sẽ tạo ra một mômen lực có dấu +.
Cân bằng
Hình trên cho thấy một đòn bẩy điển hình và các lực tác động lên nó được đánh dấu. Phần sau của bài báo sẽ nói rằng -đòn bẩy của loại đầu tiên. Ở đây, các chữ cái F và R lần lượt biểu thị một ngoại lực và một trọng lượng nhất định của tải trọng. Bạn cũng có thể thấy rằng giá đỡ bị lệch khỏi tâm, do đó độ dài của các cánh tay dFvà dRkhông bằng nhau.
Trong tĩnh cho thấy rằng đòn bẩy không chuyển động như một cơ cấu toàn bộ, tổng tất cả các lực tác động lên nó phải bằng không. Chúng tôi chỉ ghi nhận được hai trong số họ. Trên thực tế, cũng có một phần ba, ngược lại với hai phần này và bằng tổng của chúng - đây là phản ứng hỗ trợ.
Để đòn bẩy không thực hiện chuyển động quay, điều cần thiết là tổng tất cả các mômen của các lực phải bằng không. Vai phản lực của gối tựa bằng 0 nên không tạo ra momen. Nó vẫn còn để viết ra các mô men của lực F và R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Điều kiện cân bằng đòn bẩy được ghi lại dưới dạng công thức, cũng được đưa ra:
dR/ dF=F / R
Bằng nhau này có nghĩa là để đòn bẩy không quay, lực bên ngoài phải lớn hơn (nhỏ hơn) bao nhiêu lần trọng lượng của tải được nâng lên, cánh tay của lực này nhỏ hơn bao nhiêu lần (lớn hơn) so với cánh tay mà trọng lượng đóng vai trò vận chuyển hàng hóa.
Từ ngữ đã cho có nghĩa là bao nhiêu lần chúng ta chiến thắng trên đường đi với sự trợ giúp của cơ chế đang được xem xét, chúng ta sẽ mất đi một lượng sức mạnh tương đương.
Đòn bẩy của loại đầu tiên
Nó đã được hiển thị trong đoạn trước. Ở đây chúng ta chỉ nói rằng đối với một đòn bẩy loại này, giá đỡ nằm giữa lực tác động F và R. Tùy thuộc vào tỷ lệ chiều dài của các cánh tay, một đòn bẩy như vậy có thểđược sử dụng cho cả việc nâng tạ và tăng tốc cho cơ thể.
Cân cơ học, kéo, máy nhổ đinh, máy bắn đá là những ví dụ về đòn bẩy của loại đầu tiên.
Trong trường hợp cân bằng, ta có hai tay đòn có cùng chiều dài, do đó, độ cân bằng của đòn bẩy chỉ đạt được khi lực F và R bằng nhau. Thực tế này được sử dụng để cân các vật thể có khối lượng không xác định bằng cách so sánh nó với một giá trị tham chiếu.
Kéo và một cái kéo móng tay là những ví dụ điển hình của việc đạt được sức mạnh nhưng sẽ mất đi trên đường đi. Mọi người đều biết rằng một tờ giấy được đặt càng gần trục của cái kéo thì càng dễ cắt. Ngược lại, nếu bạn cố gắng cắt giấy bằng đầu kéo, thì khả năng cao là chúng sẽ bắt đầu "nhai" nó. Tay cầm của kéo hoặc dụng cụ kéo móng tay càng dài thì việc thực hiện các thao tác tương ứng càng dễ dàng hơn.
Đối với máy phóng, đây là một ví dụ sinh động về việc đạt được nhờ sự trợ giúp của một đòn bẩy trên đường đi, và do đó trong gia tốc mà vai của nó truyền cho đường đạn.
Đòn bẩy loại thứ hai
Trong tất cả các đòn bẩy thuộc loại thứ hai, giá đỡ nằm gần một trong các đầu của thanh đòn. Sự sắp xếp này dẫn đến sự hiện diện của chỉ một vai ở đòn bẩy. Trong trường hợp này, trọng lượng của tải luôn nằm giữa giá đỡ và ngoại lực F. Việc bố trí lực trong đòn bẩy của loại thứ hai dẫn đến kết quả hữu ích duy nhất: tăng sức mạnh.
Ví dụ về loại đòn bẩy này là xe cút kít, được sử dụng để chở hàng nặng, và người bẻ hạt. Trong cả hai trường hợp, tổn thất trên đường đi không có bất kỳ giá trị âm nào. Vì vậy, trong trường hợp thủ côngxe cút kít, điều quan trọng chỉ là giữ tải trọng khi nó đang di chuyển. Trong trường hợp này, lực tác dụng nhỏ hơn nhiều lần so với trọng lượng của tải.
Đòn bẩy của loại thứ ba
Thiết kế của loại cần gạt này có nhiều điểm giống với loại trước. Giá đỡ trong trường hợp này cũng được đặt ở một trong các đầu của dầm và đòn bẩy có một tay đòn duy nhất. Tuy nhiên, vị trí của các lực tác động trong nó hoàn toàn khác so với trong một đòn bẩy của loại thứ hai. Điểm tác dụng của lực F là giữa trọng lượng của tải và giá đỡ.
Xẻng, thanh chắn, cần câu và nhíp là những ví dụ nổi bật của loại đòn bẩy này. Trong tất cả những trường hợp này, chúng tôi giành chiến thắng trên đường đi, nhưng có một tổn thất đáng kể về sức mạnh. Ví dụ, để giữ một vật nặng bằng nhíp, bạn cần phải tác dụng một lực F lớn, vì vậy sử dụng công cụ này không có nghĩa là giữ vật nặng với nó.
Tóm lại, chúng tôi lưu ý rằng tất cả các loại đòn bẩy hoạt động trên cùng một nguyên tắc. Chúng không mang lại lợi ích trong công việc di chuyển hàng hóa mà chỉ cho phép bạn phân phối lại công việc này theo hướng thực hiện thuận tiện hơn.
